(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼室と、該複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気ポートと、一端部が前記複数の燃焼室にそれぞれ連通すると共に他端部が集合する排気ポートと、該排気ポートの上方に設けられる上部排気側ウォータジャケットと、前記排気ポートの下方に設けられる下部排気側ウォータジャケットとを備えた内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記上部排気側ウォータジャケット及び前記下部排気側ウォータジャケットは、前記燃焼室の中心側から前記排気ポート側に延設され、前記上部排気側ウォータジャケットが前記下部排気側ウォータジャケットより長く延設され、前記上部排気側ウォータジャケットは、隔壁により前記複数の燃焼室ごとに区画された空間部が前記燃焼室から離間する側の端部で連通し、前記下部排気側ウォータジャケットは、隔壁により前記複数の燃焼室ごとに区画された空間部が前記上部排気側ウォータジャケットの前記各空間部と連通することを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
前記吸気ポートの周囲に吸気側ウォータジャケットが設けられ、前記下部排気側ウォータジャケットは、前記燃焼室側で前記上部排気側ウォータジャケットに連通されると共に、前記吸気側ウォータジャケットに連通されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記下部排気側ウォータジャケットは、前記複数の燃焼室ごとに区画する隔壁を有し、前記上部排気側ウォータジャケットは、前記複数の燃焼室の配設方向に沿って連続し、前記下部排気側ウォータジャケットに供給された冷却媒体が前記隔壁に誘導されながら前記複数の燃焼室の上方を流動して前記上部排気側ウォータジャケットに流動すると共に、前記吸気側ウォータジャケットに流動することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記下部排気側ウォータジャケットの下部に冷却媒体の供給部が設けられる一方、前記吸気側ウォータジャケットに冷却媒体の排出部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロックの上部に締結されることで燃焼室を構成すると共に、この燃焼室に対して吸気ポート及び排気ポートが設けられる内燃機関のシリンダヘッドに関し、特に、燃焼室及び排気ポートの周囲に冷却媒体を流して冷却する冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関において、シリンダヘッドはシリンダブロックの上部に組み付けられ、複数の締結ボルトにより締結されており、直線状をなして複数の燃焼室が配列されている。そして、この各燃焼室に対して吸気ポート及び排気ポートが対向してそれぞれ形成され、この各吸気ポートに吸気通路が連通される一方、各排気ポートに排気通路が連通されており、吸気弁及び排気弁により開閉自在となっている。また、各吸気ポートまたは各燃焼室に燃料を噴射するインジェクタが装着されると共に、燃焼室の混合気に着火する点火プラグが装着されている。そして、各吸気ポートに吸気マニホールドを介して吸気管が連結される一方、各排気ポートに排気マニホールドを介して排気管が連結されている。
【０００３】
従って、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートを通って燃焼室に吸入されると共に、インジェクタから燃料が吸気ポートまたは燃焼室に噴射され、この燃焼室にて、空気と燃料との混合気がピストンの上昇により圧縮され、この高圧の混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排気ガスが排気ポートを通して排出される。
【０００４】
ところで、このような内燃機関において、シリンダヘッドに対して別体の排気マニホールドを固定せずに、このシリンダヘッド内に複数の排気ポートを集合させる排気集合部を設けたものがある。この排気集合部を有する内燃機関では、別体の排気マニホールドを不要として小型化を図ることができ、また、暖機時には、排気ガスの放熱量を抑制して触媒を早期に活性化することができる一方、暖機後には、排気ガスを効率的に冷却して触媒の温度上昇による熱劣化を防止することができ、触媒の燃料冷却を不要として燃費を向上することができる。
【０００５】
なお、このような従来の内燃機関のシリンダヘッドとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたシリンダヘッドは、シリンダ列上に並ぶ複数の燃焼室から延出された排気ポートを集合させた排気集合部をその内部に一体形成すると共に、排気ポートが延在する部分の上下にウォータジャケットを設け、下部ウォータジャケットの容積を上部ウォータジャケットに比してより大きくすることで、熱負荷の高い排気集合部側のウォータジャケットの冷却水容量を拡大し、排気集合部の冷却効率を高めるものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０７０５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、内燃機関では、燃焼室で燃焼した燃焼ガス、つまり、排気ガスがこの燃焼室から排気ポートを通して排出されたとき、この排気ガスは、比較的排気ポートの上部壁面を伝って流れる。上述した従来のシリンダヘッドでは、上部ウォータジャケットの容積を小さくしており、燃焼室から排気ポートを通して排出される排気ガスを十分に冷却することができず、内燃機関の高負荷時には、触媒が排気ガスにより温度上昇し、熱劣化するおそれがある。また、下部ウォータジャケットの容積を大きくすると、燃焼室内の燃焼ガスを冷却することとなり、暖機時には、排気ガスを冷却しすぎて触媒を早期に活性化することが困難となる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、内燃機関の冷却効率を向上すると共に触媒による排気浄化効率の向上を図った内燃機関のシリンダヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関のシリンダヘッドは、複数の燃焼室と、該複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気ポートと、一端部が前記複数の燃焼室にそれぞれ連通すると共に他端部が集合する排気ポートと、該排気ポートの上方に設けられる上部排気側ウォータジャケットと、前記排気ポートの下方に設けられる下部排気側ウォータジャケットとを備えた内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記上部排気側ウォータジャケット及び前記下部排気側ウォータジャケットは、前記燃焼室の中心側から前記排気ポート側に延設され、前記上部排気側ウォータジャケットが前記下部排気側ウォータジャケットより長く延設され、前記上部排気側ウォータジャケットは、隔壁により前記複数の燃焼室ごとに区画された空間部が前記燃焼室から離間する側の端部で連通し、前記下部排気側ウォータジャケットは、隔壁により前記複数の燃焼室ごとに区画された空間部が前記上部排気側ウォータジャケットの前記各空間部と連通することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の内燃機関のシリンダヘッドでは、前記吸気ポートの周囲に吸気側ウォータジャケットが設けられ、前記下部排気側ウォータジャケットは、前記燃焼室側で前記上部排気側ウォータジャケットに連通されると共に、前記吸気側ウォータジャケットに連通されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関のシリンダヘッドでは、前記下部排気側ウォータジャケットは、前記複数の燃焼室ごとに区画する隔壁を有し、前記上部排気側ウォータジャケットは、前記複数の燃焼室の配設方向に沿って連続し、前記下部排気側ウォータジャケットに供給された冷却媒体が前記隔壁に誘導されながら前記複数の燃焼室の上方を流動して前記上部排気側ウォータジャケットに流動すると共に、前記吸気側ウォータジャケットに流動することを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関のシリンダヘッドでは、前記下部排気側ウォータジャケットの下部に冷却媒体の供給部が設けられる一方、前記吸気側ウォータジャケットに冷却媒体の排出部が設けられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関のシリンダヘッドによれば、一端部が複数の燃焼室に連通すると共に他端部が集合する排気ポートを設け、この排気ポートの上方に上部排気側ウォータジャケットを設ける共に、排気ポートの下方に下部排気側ウォータジャケットを設け、上部排気側ウォータジャケット及び下部排気側ウォータジャケットを燃焼室の中心側から排気ポート側に延設し、上部排気側ウォータジャケットを下部排気側ウォータジャケットより長く延設し、上部排気側ウォータジャケットにて、隔壁により複数の燃焼室ごとに区画された空間部を燃焼室から離間する側の端部で連通し、下部排気側ウォータジャケットにて、隔壁により複数の燃焼室ごとに区画された空間部を上部排気側ウォータジャケットの各空間部と連通している。従って、内燃機関の高負荷時には、排気ポートの上部壁面に沿って流れる高温の排気ガスが容積の大きい上部排気側ウォータジャケットにより冷却され、内燃機関の冷却効率を向上することができ、また、内燃機関の暖機時には、容積の小さい下部排気側ウォータジャケットによる冷却が抑制され、触媒を早期に活性化して排気浄化効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１６】
図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの概略構成図、図２は、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの排気ポートでの縦断面図、図３は、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの点火プラグでの縦断面図、図４は、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの排気側ウォータジャケットを表す水平断面（図２のIV−IV断面）、図５は、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの排気側ウォータジャケットを表す縦断面（図２のＶ−Ｖ断面）、図６は、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドを製作する鋳型を表す概略図、図７は、本実施例の内燃機関におけるエンジン冷却水の流れを表す概略図である。
【００１７】
本実施例の内燃機関としてのエンジンにおいて、図７に示すように、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が締結されることでエンジン本体１０１が構成され、内部に後述するウォータジャケットが形成されている。そして、シリンダブロック１１のウォータインレット１０２及びウォータアウトレット１０３とラジエータ１０４との間には、冷却水供給通路１０５及び冷却水排出通路１０６が設けられており、ウォータインレット１０２にサーモスタット弁１０７及び電動式ウォータポンプ１０８が装着されている。また、シリンダブロック１１には、冷却水通路１０９を介してスロットルボディ１１０、ヒータコア１１１、ＡＴＦウォーマ１１２、ターボ過給機１１３などが連結され、これらは冷却水通路１１４を介してウォータアウトレット１０３に連結されている。
【００１８】
従って、電動式ウォータポンプ１０８が駆動すると、冷却水（冷却媒体）がエンジン本体１０１のシリンダブロック１１からシリンダヘッド１２に流れてこれらを冷却した後、スロットルボディ１１０やターボ過給機１１３に流れてこれらを冷却する一方、ＡＴＦウォーマ１１２に流れてＡＴＦを暖機すると共に、ヒータコア１１１に流れて暖房に使用され、ウォータアウトレット１０３に戻される。
【００１９】
上述したエンジン本体１０１は、直列４気筒エンジンであり、図１乃至図５に示すように、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が組み付けられ、複数の図示しない締結ボルトにより締結されている。シリンダブロック１１には複数（本実施例では、４つ）のシリンダボア１３が直線状に並んで形成され、各シリンダボア１３にピストン１４がその軸方向に沿って移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１５を介してこのクランクシャフトに連結されている。
【００２０】
シリンダヘッド１２には、各シリンダボア１３に対応してその上方に位置して燃焼室１６がそれぞれ形成されている。この燃焼室１６は、シリンダボア１３の内壁面と、シリンダヘッド１２の下面と、ピストン１４の頂面により囲繞されており、天井部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この各燃焼室１６の上方、つまり、シリンダヘッド１２の下面にそれぞれ吸気ポート１７と、排気ポート１８が対向して開口している。
【００２１】
４つの吸気ポート１７は、一端部が２つに分岐して各燃焼室１６に連通し、他端部が外部に開口している。一方、排気ポート１８は、４つの燃焼室１６に対応する４つの排気ポート部１８ａを有し、この各排気ポート部１８ａの一端部が２つに分岐して各燃焼室１６に連通し、排気ポート部１８ａの他端部が１つに集合する排気集合ポート部１８ｂを介して外部に開口している。
【００２２】
そして、この各吸気ポート１７及び排気ポート１８に対して吸気弁１９及び排気弁２０がそれぞれ位置している。この吸気弁１９及び排気弁２０は、シリンダヘッド１２に固定された各ステムガイド２１，２２により軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、各バルブスプリング２３，２４により吸気ポート１７及び排気ポート１８を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、その上部に吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６が回転自在に支持されており、この吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６に固定された吸気カム２７及び排気カム２８がリフター２９，３０を介して吸気弁１９及び排気弁２０の上端部に接触している。そして、シリンダヘッド１２の上部には、吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６を被覆するようにシリンダヘッドカバー３１が固定されている。
【００２３】
従って、内燃機関に同期して吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６が回転すると、吸気カム２７及び排気カム２８がリフター２９，３０を介して吸気弁１９及び排気弁２０を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１７及び排気ポート１８を開閉し、吸気ポート１７と燃焼室１６、燃焼室１６と排気ポート１８とをそれぞれ連通することができる。
【００２４】
また、シリンダヘッド１２の側部には、この各吸気ポート１７に対応して、この吸気ポート１７に燃料を噴射するインジェクタ３２がそれぞれ装着されている。また、シリンダヘッド１２の中央部には、各燃焼室１６の天井部の中央に位置して点火プラグ３３がそれぞれ装着されている。そして、車両には、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）が搭載されており、このＥＣＵは、インジェクタ３２の燃料噴射タイミングや点火プラグ３３による点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、スロットル開度（アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。
【００２５】
シリンダヘッド１２の一側面には、各吸気ポート１７に連通する吸気マニホールド３４が固定され、この吸気マニホールド３４にサージタンク３５が連結されている。吸気管３６は、上流側の空気取入口にエアクリーナ３７が取付けられており、下流側端部がサージタンク３５に連結されており、エアクリーナ３７とサージタンク３５との間に位置してスロットル弁を有する電子スロットル装置３８が設けられている。
【００２６】
一方、シリンダヘッド１２の他側面には、排気ポート１８の排気集合ポート部１８ｂに連通する排気管３９が連結されており、この排気管３９に排気浄化触媒（三元触媒）４０が装着されている。
【００２７】
ここで、本実施例のエンジンにおける冷却系について詳細に説明する。本実施例のエンジンでは、上述したように、シリンダヘッド１２に、４つの燃焼室１６に連通する４つの排気ポート部１８ａと、この各排気ポート部１８ａを１つに集合する排気集合ポート部１８ｂとからなる排気ポート１８が一体に形成されており、別体の排気マニホールドが不要な構造となっている。
【００２８】
そして、シリンダブロック１１には、排気側ウォータジャケット４１が形成されると共に、吸気側ウォータジャケット４２が形成されている。この排気側ウォータジャケット４１は、直線状に配列された各シリンダボア１３の排気ポート１８側に形成され、各シリンダボア１３の配列方向の一方の下部に冷却水供給部４３が設けられている。一方、吸気側ウォータジャケット４２は、直線状に配列された各シリンダボア１３の吸気ポート１７側に形成され、各シリンダボア１３の配列方向の他方の下部に冷却水排出部４４が設けられている。
【００２９】
また、シリンダヘッド１２には、排気ポート１８の上方に位置して上部排気側ウォータジャケット４５が設けられると共に、排気ポート１８の下方に位置して下部排気側ウォータジャケット４６が設けられている。一方、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１７の周囲に位置して吸気側ウォータジャケット４７が設けられている。
【００３０】
上部排気側ウォータジャケット４５及び下部排気側ウォータジャケット４６は、直線状に配列された各燃焼室１６の排気ポート１８側に配置され、各排気ポート１８の上方及び下方に位置する空間部として設けられている。そして、上部排気側ウォータジャケット４５及び下部排気側ウォータジャケット４６の各空間部は、各燃焼室１６の間に設けられた支持柱４８及び隔壁４９により４つの空間部として区画されている。そして、上部排気側ウォータジャケット４５は、支持柱４８及び隔壁４９により４つに区画された各空間部が、燃焼室１６と離間する側の端部に設けられた挿通路５０により各燃焼室１６の配設方向に沿って連通している。一方、この下部排気側ウォータジャケット４６は、下部が支持柱４８及び隔壁４９により区画された空間部ごとに、排気側ウォータジャケット４１の上部と連通し、シリンダブロック１１の排気側ウォータジャケット４１からシリンダヘッド１２の下部排気側ウォータジャケット４６へ冷却水を供給する供給部となっている。
【００３１】
この場合、上部排気側ウォータジャケット４５の容積が下部排気側ウォータジャケット４６の容積より大きく設定されている。具体的には、上部排気側ウォータジャケット４５及び下部排気側ウォータジャケット４６は、燃焼室１６の中心側から排気ポート１８側に延設され、上部排気側ウォータジャケット４５が下部排気側ウォータジャケット４６より長く延設されている。
【００３２】
一方、吸気側ウォータジャケット４７は、直線状に配列された各燃焼室１６の吸気ポート１７側であって、各吸気ポート１７の周囲に空間部として設けられており、隔壁４９に対応する隔壁５１により４つに区画されると共に、エア抜き通路５２により各燃焼室１６の配設方向に沿って連通している。そして、この吸気側ウォータジャケット４７は、下部が隔壁５１により区画された空間部ごとに吸気側ウォータジャケット４２の上部と連通し、シリンダヘッド１２の吸気側ウォータジャケット４７からシリンダブロック１１の吸気側ウォータジャケット４２へ冷却水を排出する排出部となっている。
【００３３】
そして、下部排気側ウォータジャケット４６は、各燃焼室１６に対応して設けられた４つの上下連通路５３を介して上部排気側ウォータジャケット４５に連通すると共に、各燃焼室１６に対応して設けられた４つの水平連通路５４を介して吸気側ウォータジャケット４７に連通している。この場合、上下連通路５３は、冷却水が、下部排気側ウォータジャケット４６から２つの排気ポート１８及び点火プラグ３３の周囲を通って上部排気側ウォータジャケット４５に流れる通路であり、水平連通路５４は、冷却水が、下部排気側ウォータジャケット４６から２つの排気ポート１８、点火プラグ３３、２つの吸気ポート１７の周囲を通って吸気側ウォータジャケット４７に流れる通路である。
【００３４】
このように構成された本実施例のエンジン本体１０１では、冷却水がシリンダブロック１１の冷却水供給部４３から排気側ウォータジャケット４１に供給されると、排気側ウォータジャケット４１内の冷却水は、気筒ごとにシリンダヘッド１２の下部排気側ウォータジャケット４６内に流動する。そして、下部排気側ウォータジャケット４６内に流動した冷却水は、各上下連通路５３を通って反転するように上部排気側ウォータジャケット４５に流動し、挿通路５０を通って合流し、シリンダブロック１１の吸気側ウォータジャケット４２に流れる。
【００３５】
また、下部排気側ウォータジャケット４６内に流動した冷却水は、複数の隔壁４９に誘導されながら各排気ポート１８と点火プラグ３３と各吸気ポート１７の周囲を通って吸気側ウォータジャケット４７に流動し、この吸気側ウォータジャケット４７からシリンダブロック１１の吸気側ウォータジャケット４２に流れる。そして、吸気側ウォータジャケット４７からシリンダブロック１１の吸気側ウォータジャケット４２に流れた冷却水は、冷却水排出部４４から外部に排出される。
【００３６】
即ち、シリンダヘッド１２の各ウォータジャケット４５，４６，４７では、排気側の下方から供給された冷却水が、排気ポート１８の上方に流れると共に、吸気ポート１７側に流れることとなり、本実施例のエンジン冷却構造では、冷却水がエンジン本体１０１の横方向（排気側−吸気側）に流れる、所謂、冷却水横流れ構造となっている。
【００３７】
従って、各燃焼室１６で燃焼した燃焼ガスが排気ガスとして排気ポート１８に排出されるが、エンジンの高負荷時などの排気ガス量が多いとき、この排気ガスは、比較的排気ポート１８の上部壁面を伝って流れる。しかし、本実施例では、上部排気側ウォータジャケット４５の容積が下部排気側ウォータジャケット４６の容積より大きく設定され、上部排気側ウォータジャケット４５の先端部が下部排気側ウォータジャケット４６の先端部より長く延設されている。そのため、各燃焼室１６から排気ポート１８を通して排出される排気ガスは、この容積の大きい上部排気側ウォータジャケット４５の冷却水により適正に冷却される。即ち、エンジンの高負荷時などの排気ガス温度が高い運転状態であっても、この排気ガスを十分に冷却されることとなり、排気浄化触媒４０が高温の排気ガスによる熱劣化が防止される。
【００３８】
また、内燃機関の冷間始動時などの排気ガス量が少ないとき、この排気ガスは、排気ポート１８の中心部を伝って流れる。そのため、各燃焼室１６内の燃焼ガスや排気ポート１８に排出される排気ガスは、この容積の小さい下部排気側ウォータジャケット４６の冷却水によりそれ程冷却されない。即ち、エンジンの冷間始動時などの排気ガス温度が低い運転状態では、この排気ガスをあまり冷却せずに排気浄化触媒４０に流すことで、この排気浄化触媒４０が早期に活性化される。
【００３９】
ところで、上述したシリンダヘッド１２は、鋳造により製造され、シリンダヘッド１２を製造するための鋳造型は、下型、中型、一対の横型、上型より構成される。このうち、図６に示すように、中型７１は、上述した３つのウォータジャケット４５，４６，４７に対応するウォータジャケット中子７２と排気ポート１８に対応する排気ポート中子７３により構成される。そして、ウォータジャケット中子７２は、上部排気側ウォータジャケット４５に対応する上部排気側中子７４と、下部排気側ウォータジャケット４６に対応する下部排気側中子７５と、吸気側ウォータジャケット４７に対応する吸気側中子（図示略）により構成され、ここに排気ポート中子７３が組付けられる。
【００４０】
本実施例では、シリンダヘッド１２にて、上部排気側ウォータジャケット４５の容積が下部排気側ウォータジャケット４６の容積より大きく設定され、燃焼室１６の中心側から排気ポート１８側に延設される突出量は、上部排気側ウォータジャケット４５が下部排気側ウォータジャケット４６より長く設定されている。そのため、ウォータジャケット中子７２にて、上部排気側中子７４の突出量に対して、下部排気側中子７５の突出量が短くなっている。なお、７６は、シリンダブロック１１の排気側ウォータジャケット４１との連通部、７７は、点火プラグ３３の装着孔であり、７８，７９は、上型との連結部である。
【００４１】
従って、排気ポート中子７３は、排気ポート１８に対応する形状となっていることから、先端部が下方に湾曲した形状をなしており、ウォータジャケット中子７２に対して排気ポート中子７３を組み付けるとき、図６に二点鎖線で示すように、基端部を下方に位置させた状態で、先端部をウォータジャケット中子７２の貫通孔に挿入して組み付ける。この場合、上部排気側中子７４の突出量に対して下部排気側中子７５との突出量が短いため、排気ポート中子７３が下部排気側中子７５に接触することなく、適正に組み付けることができる。
【００４２】
このように本実施例の内燃機関のシリンダヘッドにあっては、複数の燃焼室１６にそれぞれ連通する複数の吸気ポート１７を設ける一方、一端部が複数の燃焼室１６にそれぞれ連通すると共に他端部が集合する排気ポート１８を設け、この排気ポート１８の上方に上部排気側ウォータジャケット４５を設ける共に、排気ポート１８の下方に下部排気側ウォータジャケット４６を設け、上部排気側ウォータジャケット４５の容積を下部排気側ウォータジャケット４６の容積より大きく設定している。
【００４３】
従って、エンジンの高負荷時には、排気ポート１８の上部壁面に沿って流れる高温の排気ガスが容積の大きい上部排気側ウォータジャケット４５により効率良く冷却され、エンジンの冷却効率を向上することができ、また、エンジンの暖機時には、容積の小さい下部排気側ウォータジャケット４６による冷却が抑制され、排気浄化触媒４０を早期に活性化して排気浄化効率を向上することができる。
【００４４】
また、上部排気側ウォータジャケット４５及び下部排気側ウォータジャケット４６を燃焼室１６の中心側から排気ポート１８側に延設し、上部排気側ウォータジャケット４５を下部排気側ウォータジャケット４６より長く延設している。従って、エンジンの高負荷時に、排気ポート１８の上部壁面に沿って流れる高温の排気ガスが長い上部排気側ウォータジャケット４５により効率良く冷却されることとなり、エンジンの冷却効率を向上することができる。
【００４５】
この場合、シリンダヘッド１２を鋳造するための中型を、各ウォータジャケット４５，４６，４７に対応するウォータジャケット中子７２と、排気ポート１８に対応する排気ポート中子７３により構成し、上部排気側ウォータジャケット４５に対応する上部排気側中子７４の突出量に対して、下部排気側ウォータジャケット４６に対応する下部排気側中子７５の突出量が短くなっている。従って、ウォータジャケット中子７２に対して排気ポート中子７３を組み付けるとき、この排気ポート中子７３が下部排気側中子７５に接触することなく、適正に組み付けることができる。
【００４６】
また、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドでは、吸気ポート１７の周囲に吸気側ウォータジャケット４７を設け、下部排気側ウォータジャケット４６を燃焼室１６側で上下連通路５３により上部排気側ウォータジャケット４５に連通すると共に、水平連通路５４を介して吸気側ウォータジャケット４７に連通している。従って、シリンダヘッド１２内で、冷却水を排気側から吸気側に流すこととなり、冷却水の流速を低下させて大量の冷却水を循環させることが可能となり、エンジンの冷却効率を向上することができる。
【００４７】
また、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドでは、下部排気側ウォータジャケット４６を燃焼室１６ごとに隔壁４９により区画し、上部排気側ウォータジャケット４５を挿通路５０により各燃焼室１６の配設方向に沿って連続させ、下部排気側ウォータジャケット４６に供給された冷却水を隔壁４９に誘導しながら各燃焼室１６の上方を流動して上部排気側ウォータジャケット４５に流動すると共に、吸気側ウォータジャケット４７に流動させる。従って、シリンダヘッド１２内で、冷却水を排気側から吸気側に読み流しすることが可能となり、冷却水の流速を低下させて大量の冷却水を循環させることが可能となり、エンジンの冷却効率を向上することができる。
【００４８】
また、本実施例の内燃機関のシリンダヘッドでは、シリンダブロック１１の排気側ウォータジャケット４１から下部排気側ウォータジャケット４６に冷却水を供給可能であると共に、上部排気側ウォータジャケット４５及び吸気側ウォータジャケット４７の冷却水をシリンダブロック１１の吸気側ウォータジャケット４２に冷却水を排出可能としている。従って、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２との間で、冷却水を効率良く循環させることができる。
【００４９】
なお、上述した実施例では、内燃機関を直列４気筒エンジンとして説明したが、この形式に限定されるものではない。また、上述した実施例では、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射式内燃機関として説明したが、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用しても前述と同様の作用効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドは、上部排気側ウォータジャケットの容積を下部排気側ウォータジャケットの容積より大きくすることで、内燃機関の冷却効率を向上するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの排気ポートでの縦断面図である。
【図３】本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの点火プラグでの縦断面図である。
【図４】本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの排気側ウォータジャケットを表す水平断面（図２のIV−IV断面）図である。
【図５】本実施例の内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの排気側ウォータジャケットを表す縦断面（図２のＶ−Ｖ断面）図である。
【図６】本実施例の内燃機関のシリンダヘッドを製作する鋳型を表す概略図である。
【図７】本実施例の内燃機関におけるエンジン冷却水の流れを表す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１  シリンダブロック
１２  シリンダヘッド
１４  ピストン
１６  燃焼室
１７  吸気ポート
１８  排気ポート
３２  インジェクタ
３３  点火プラグ
４１  排気側ウォータジャケット
４２  吸気側ウォータジャケット
４３  冷却水供給部
４４  冷却水排出部
４５  上部排気側ウォータジャケット
４６  下部排気側ウォータジャケット
４７  吸気側ウォータジャケット
４９，５１  隔壁
５３  上下連通路
５４  水平連通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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